一种不锈钢丝铠装焊接连续成型设备的制作方法

本发明涉及金属铠装线材连续熔接加工设备，具体为一种不锈钢丝铠装焊接连续成型设备。

背景技术：

1、在海洋工程及流体高压输送等服役环境下，为了提升各种长条状复合基材的承载力，通常需要利用多根不锈钢丝在其外侧实施螺旋绞合缠绕，以构筑金属铠装层；然而，在交变弯曲载荷下，若钢丝束仅实施单纯的物理缠绕，线材之间极易发生应力松弛与相对滑移，导致结构散股失效，进而导致内部包裹的基材因失去金属骨骼的物理支撑而遭受挤压损坏。

2、针对上述问题，行业内尝试引入焊接工艺来完成网格加强件的锁定，例如专利申请号为cn202310438617.0的发明专利就公开了一种铠装元件加工用的焊接装置，该方案通过在整体式密封炉体内设置可公转与自转的载料板，利用循环加热气流对炉腔内的工件进行成批次的整体加热热处理以实现焊接；然而，该方案仅能对工件进行静止间歇加工，无法匹配不锈钢丝长条状复合基材的轴向持续牵引和同步旋转的连续生产工况；且传统固定焊头无法跟随运动管材上的螺旋焊缝同步位移，点焊时移动管材会拉扯未凝固熔池，造成虚焊和漏焊。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种不锈钢丝铠装焊接连续成型设备，以解决现有不锈钢丝铠装焊接连续成型设备仅能对工件进行静止间歇加工，无法匹配不锈钢丝长条状复合基材的轴向持续牵引和同步旋转的连续生产工况；且传统固定焊头无法跟随运动管材上的螺旋焊缝同步位移，点焊时移动管材会拉扯未凝固熔池，造成虚焊、漏焊问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种不锈钢丝铠装焊接连续成型设备，包括成型基座、合拢定径套和随动焊接组件，所述合拢定径套固设在成型基座前端，所述合拢定径套内部开设有供长条基材及螺旋缠绕的不锈钢丝同轴穿过的中心通道，所述随动焊接组件包括联动齿圈、偏心轮、连接机架、圆周随动机构、轴向随动机构、压紧盘和焊接头，所述联动齿圈同轴转动连接在合拢定径套内，且所述联动齿圈套设在螺旋缠绕的不锈钢丝上，所述联动齿圈的内圈表面开设有多个沿周向间隔排布的螺旋形滑槽，各所述螺旋形滑槽的径向外轮廓与单根不锈钢丝的径向外轮廓相吻合，且各所述螺旋形滑槽的螺旋角与不锈钢丝的设计螺旋缠绕角度相匹配，所述偏心轮转动连接在合拢定径套上，且所述偏心轮与联动齿圈传动连接，所述连接机架安装在成型基座上，所述连接机架上开设有联动滑槽，所述联动滑槽的滑动方向指向不锈钢丝的中心轴方向，所述联动滑槽内滑动连接有联动滑块，所述圆周随动机构安装在联动滑块上，所述轴向随动机构安装在圆周随动机构上，所述压紧盘安装在轴向随动机构上，所述焊接头安装在压紧盘上，所述联动齿圈通过偏心轮驱动联动滑块向不锈钢丝表面移动；本技术通过将联动齿圈套设于螺旋缠绕的不锈钢丝上，利用其内圈与钢丝径向外轮廓相吻合的螺旋形滑槽采集钢丝走线动力并驱动偏心轮转动，经联动滑槽导向使联动滑块沿径向向不锈钢丝表面移动，实现压紧盘与焊接头对螺旋走线钢丝的自适应随动压紧与焊接；同时，通过在联动滑块上串联安装圆周随动机构和轴向随动机构，分别补偿钢丝螺旋缠绕角度变化和走线速度波动带来的位移偏差，使焊接头能够实时跟随长条基材的轴向持续牵引与同步旋转，从而彻底避免了传统固定焊头因无法跟随螺旋焊缝同步位移、在点焊时移动管材拉扯未凝固熔池所导致的虚焊、漏焊问题，突破了现有技术仅能对工件进行静止间歇加工的局限；保证了不锈钢丝铠装焊接连续成型设备在长距离连续生产工况下的焊缝连续性与一致性，实现了单次走线过程中全自动化连续焊接的高效节拍，以及对不同规格不锈钢丝和不同走线速度的广泛适应性与焊接质量的长期稳定可控。

4、优选的，所述联动齿圈通过传动齿轮和传动轴与偏心轮传动连接，所述传动齿轮转动连接在合拢定径套上且与联动齿圈啮合传动，所述传动轴同轴固设在传动齿轮上，所述偏心轮与传动轴之间安装有变速齿轮组，所述联动滑块靠近不锈钢丝的一端与联动滑槽的端壁之间抵接有复位弹簧，所述联动滑块远离复位弹簧的一端与偏心轮的外侧壁滑动配合；本技术通过设置传动齿轮与联动齿圈啮合、同轴固设传动轴，并在偏心轮与传动轴之间安装变速齿轮组，使联动齿圈采集的钢丝走线动力经可调传动比的路径传递至偏心轮，在不同走线速度下均可通过变速齿轮组将转速调节至适配偏心轮驱动联动滑块径向进给的理想工作区间，从而避免因走线速度大幅变化导致偏心轮转速与联动滑块进给速度失配、压紧盘贴合不及时或压力不足所引发的焊接头位置偏差与焊缝质量波动；同时，通过在联动滑块靠近不锈钢丝的一端与联动滑槽端壁之间抵接复位弹簧，并使联动滑块远离复位弹簧的一端与偏心轮外侧壁滑动配合，实现偏心轮推动联动滑块径向进给时压缩复位弹簧储能、偏心轮继续转动至释放行程时复位弹簧推动联动滑块复位的周期性联动，避免了偏心轮与联动滑块刚性抵接所导致的卡滞或无法复位的风险，并在走线停止或突发停机时由复位弹簧自动驱动联动滑块及压紧盘远离不锈钢丝表面，防止焊接头持续接触同一位置造成焊穿或损伤。保证了不锈钢丝铠装焊接连续成型设备在不同走线速度下的传动自适应匹配与压紧力平稳调节，以及突发工况下的设备安全保护。

5、优选的，所述圆周随动机构包括弧形导向滑座和拉力弹簧，所述弧形导向滑座固设在联动滑块上，所述轴向随动机构滑动连接在弧形导向滑座上，所述拉力弹簧的一端与弧形导向滑座连接，另一端与轴向随动机构连接；本技术通过将弧形导向滑座固设于联动滑块上，并使轴向随动机构滑动连接于该弧形导向滑座，同时在弧形导向滑座与轴向随动机构之间连接拉力弹簧，使轴向随动机构及压紧盘能够沿弧形导向滑座的弧形轨迹跟随不锈钢丝的螺旋走线方向被动滑动到当压紧盘与螺旋走线的不锈钢丝接触时，钢丝的螺旋运动分量通过压紧盘驱动轴向随动机构沿弧形导向滑座滑动，拉力弹簧被拉长储能；当压紧盘脱离钢丝或走线停止时，拉力弹簧释放储能驱动轴向随动机构及压紧盘沿弧形导向滑座滑动复位。避免了传统固定焊头因无法跟随螺旋焊缝的周向位移而导致焊点偏离接缝、点焊时移动管材拉扯未凝固熔池所造成的虚焊与漏焊问题，同时避免了采用电机驱动等主动随动方案所带来的结构复杂、响应滞后及控制成本高等缺陷。保证了不锈钢丝铠装焊接连续成型设备在螺旋走线工况下焊接头对螺旋焊缝的实时跟随精度与点焊定位准确性，实现了在无外部动力源和复杂控制系统条件下对螺旋焊缝的纯机械被动式随动跟踪，保证了长距离连续生产过程中焊缝轨迹与焊点位置的高度一致性。

6、优选的，所述轴向随动机构包括直线滑轨、直线滑块和随动弹簧，所述直线滑轨靠近联动滑块的一端滑动连接在弧形导向滑座内，所述直线滑块滑动连接在直线滑轨上，所述随动弹簧的一端安装在直线滑块远离弧形导向滑座的一端上，另一端与直线滑轨远离弧形导向滑座的一端连接，所述压紧盘安装在直线滑块靠近不锈钢丝的端面上；本技术通过将直线滑轨的一端滑动连接于弧形导向滑座内，并将直线滑块滑动连接于直线滑轨上，同时在直线滑块远离弧形导向滑座的一端与直线滑轨远离弧形导向滑座的一端之间连接随动弹簧，使压紧盘在接触螺旋走线的不锈钢丝时能够沿两个相互垂直的滑动方向进行复合随动到直线滑轨沿弧形导向滑座跟随钢丝的周向螺旋分量滑动，直线滑块沿直线滑轨跟随钢丝的轴向走线速度波动滑动，随动弹簧在直线滑块滑动时被压缩储能并在走线推力减弱或消失时释放储能驱动直线滑块复位。避免了传统刚性连接的压紧盘因无法吸收轴向走线速度波动而导致的压紧力突变或脱离，避免了压紧盘与钢丝之间因速度不同步所产生的滑动摩擦与磨损加剧，同时避免了压紧盘在走线速度波动时对焊接头造成冲击振动所引发的焊点偏移与熔池扰动。保证了轴向随动机构在钢丝走线速度波动工况下对压紧盘轴向位移的实时跟随精度与平稳性，保证了压紧盘与钢丝表面之间接触压力的持续稳定，保证了焊接头在轴向速度波动条件下焊点定位的一致性与熔池凝固质量，同时通过随动弹簧的缓冲作用延长了压紧盘与钢丝的使用寿命。

7、优选的，所述成型基座上还安装有支撑架，所述支撑架上转动连接有环形除焊刷，所述环形除焊刷套设在不锈钢丝外侧壁上，所述环形除焊刷的后端面上同轴安装有环形扇叶，所述环形扇叶的内圈套设在不锈钢丝外侧壁上，且所述环形扇叶的内圈与不锈钢丝外壁之间留有间隙，所述环形扇叶外圈上套设有传动齿圈，所述传动齿圈与传动轴上固设的齿轮啮合传动；本技术通过将环形除焊刷套设于不锈钢丝外侧壁，并在其后端面同轴安装环形扇叶，使焊接后的不锈钢丝依次经除焊刷清理和扇叶冷却后输出，实现焊接后处理工序的在线连续集成；同时，通过在环形扇叶外圈套设传动齿圈，并使传动齿圈与传动轴上固设的齿轮啮合传动，由传动轴同时驱动环形扇叶旋转，环形扇叶再带动环形除焊刷同步转动，实现了单个传动轴对除焊刷和扇叶两个执行件的同步驱动，避免了为除焊刷和扇叶分别设置独立动力源所导致的设备结构臃肿、能耗增加及多动力源之间的速度协调问题，同时避免了焊接后残留的焊渣、飞溅物和氧化皮附着于铠装层表面未及时清理即进入后续工序所导致的涂层附着力下降、收线缠绕损伤及产品外观缺陷，并避免了高温焊缝在缺乏强制冷却的条件下因余热传导至内部基材所导致的绝缘层老化或密封材料热损伤。保证了不锈钢丝铠装焊接连续成型设备在连续焊接过程中对铠装层表面的即时清理能力和对焊缝区域的强制散热能力，实现了焊接与后处理工序的一体化连续作业，保证了传动轴动力在除焊刷与扇叶之间的高效同步分配与利用，保证了进入后续收线工序的铠装线缆表面清洁度和温度可控性，从而提升了产品的表面质量和长期服役可靠性。

8、优选的，所述合拢定径套包括固定座、活动盖和耐磨衬套，所述固定座固设于成型基座上，所述活动盖的一端与固定座铰接，另一端与固定座卡扣连接，所述固定座与活动盖共同围成安装腔，所述耐磨衬套和联动齿圈沿不锈钢丝输送方向依次嵌装在安装腔内；本技术通过将合拢定径套设置为固定座与活动盖铰接且卡扣连接的分体式结构，并使固定座与活动盖共同围成安装腔，将耐磨衬套和联动齿圈沿输送方向依次嵌装于安装腔内。上述方案通过铰接与卡扣连接的可开合结构实现了合拢定径套的快速开闭与便捷维护，避免了传统一体式定径套在耐磨衬套或联动齿圈磨损后需整体拆卸甚至报废更换所导致的维护成本高、停机时间长的问题；同时避免了因耐磨衬套长期磨损导致中心通道孔径扩大、钢丝径向定位精度下降所引发的钢丝排列紊乱与接缝错位问题。保证了不锈钢丝铠装焊接连续成型设备在长期连续生产中耐磨衬套与联动齿圈的可单独更换性与快速维护性，保证了合拢定径套中心通道对螺旋缠绕不锈钢丝长期稳定的径向收拢精度与导向一致性，从而保证了设备在长周期连续运行工况下焊接质量的持续稳定与设备维护效率。

9、优选的，所述联动齿圈的基体材料为马氏体不锈钢，所述螺旋形滑槽的表面经渗氮处理，形成渗氮硬化层，所述渗氮硬化层的表面维氏硬度为hv950-1350；本技术通过采用马氏体不锈钢作为联动齿圈的基体材料，并对螺旋形滑槽表面进行渗氮处理形成渗氮硬化层，使滑槽表面维氏硬度达到hv950-1350。上述方案通过基体材料与表面处理的协同强化马氏体不锈钢经渗氮后，在保持基体韧性的同时使滑槽表面获得高于普通不锈钢的高硬度避免了因不锈钢丝长期高速滑动摩擦导致螺旋形滑槽表面磨损、轮廓变形所引发的钢丝径向定位精度下降、接缝错位及焊接头偏离焊缝等问题；同时避免了滑槽磨损产生的金属碎屑进入钢丝与滑槽配合面所导致的卡滞、划伤钢丝表面及焊点夹杂等二次缺陷。保证了联动齿圈螺旋形滑槽在长期连续高速走线工况下的耐磨性与形状精度保持能力，保证了滑槽表面对不锈钢丝长期稳定的径向约束精度与导向一致性，从而保证了设备在长周期连续运行中焊接质量的持续稳定与联动齿圈的使用寿命。

10、优选的，所述压紧盘靠近不锈钢丝一侧的端面上开设有多个锁定槽，多个所述锁定槽的轮廓均与单根不锈钢丝的径向外轮廓相吻合，且多个所述锁定槽的螺旋角与不锈钢丝的螺旋缠绕角度一致，所述锁定槽内嵌装有防滑胶条；本技术通过在压紧盘靠近不锈钢丝一侧的端面上开设多个轮廓与单根不锈钢丝径向外轮廓相吻合的锁定槽，并使锁定槽的螺旋角与不锈钢丝的螺旋缠绕角度一致，同时在锁定槽内嵌装防滑胶条，使压紧盘与螺旋走线的不锈钢丝之间形成多槽并联的定位与约束结构，各锁定槽与对应钢丝之间通过圆弧面接触实现径向限位与周向导向，防滑胶条在压紧盘与钢丝之间形成柔性接触层并利用其高摩擦系数提供可靠的防滑锁紧力。避免了因压紧盘与钢丝之间采用刚性平面或v形面接触所导致的接触面积小、压强集中、钢丝表面划伤及局部压溃问题；避免了因压紧盘与钢丝之间摩擦力不足所导致的压紧盘在钢丝表面打滑、无法跟随钢丝螺旋走线同步随动所引发的焊接头偏离焊缝及焊点错位问题；同时避免了刚性接触在高速滑动摩擦下产生高温磨损和粘连所导致的压紧盘寿命缩短及焊接质量衰减。保证了压紧盘在熔接区内对螺旋走线钢丝的可靠压紧与随动跟随能力，保证了压紧盘对钢丝表面的柔性接触与防损伤保护，保证了焊接头在多根钢丝同步螺旋走线工况下对焊缝位置的持续对准精度与焊接质量稳定性。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

12、1、本发明通过联动齿圈套设于螺旋走线的不锈钢丝上，利用内圈螺旋形滑槽采集钢丝走线动力并经偏心轮转化为联动滑块的径向进给，以纯机械传动替代了传统依赖传感器和伺服驱动的电控随动系统，从根源上消除了信号采集与运算执行的固有时滞，解决了高速连续走线工况下焊接头无法实时跟随螺旋焊缝所导致的偏焊、虚焊问题。

13、2、本发明通过在联动滑块上串联安装弧形导向滑座和直线滑轨构成的双级随动机构，分别沿钢丝螺旋方向和轴向吸收走线速度波动与角度变化，使焊接头在无外部动力源条件下实现对螺旋焊缝的纯机械被动式实时跟随，避免了传统刚性焊头因无法吸收位移偏差而拉扯未凝固熔池所造成的焊缝缺陷。

14、3、本发明通过联动齿圈同时驱动偏心轮径向进给和环形除焊刷、环形扇叶同步旋转，在单次走线行程内同步完成压紧、焊接、清理与冷却全流程，相比需经多道工序分段处理的现有技术，实现了全自动化连续生产，在提升生产效率的同时保证了长距离铠装线缆焊缝质量的一致性。